專利名稱：用于離子束注入機(jī)的等離子體電子流的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體上涉及離子注入系統(tǒng)，更具體地涉及在離子注入系統(tǒng)中所利用的離子 束的均勻的電荷中和。
背景技術(shù)：
離子注入系統(tǒng)用來(lái)在集成電路制造中用雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體。在這種系統(tǒng)中，離子源 使期望的摻雜元素離子化，該期望的摻雜元素被以具有期望能量的離子束的形式從該離子 源引出。隨后離子束被引向半導(dǎo)體工件的表面，以用摻雜元素注入該工件。例如在該工件 或晶片中制造晶體管器件時(shí)，束的離子穿過(guò)工件的表面，用于形成具有期望電導(dǎo)率的區(qū)域。 典型地注入工藝在高真空工藝腔中進(jìn)行，該高真空工藝腔防止由與殘留氣體分子的碰撞引 起的離子束的分散，并最小化由空中的粒子造成的對(duì)工件的污染的風(fēng)險(xiǎn)。典型的離子注入 機(jī)包括用于產(chǎn)生離子束的離子源、包括用于采用磁場(chǎng)對(duì)離子束進(jìn)行質(zhì)量分辨的質(zhì)量分析裝 置的線束系統(tǒng)、以及包含將要由離子束注入的半導(dǎo)體工件的靶腔。對(duì)于高能注入系統(tǒng)，加速 裝置設(shè)置在質(zhì)量分析磁鐵和靶腔之間，用于將離子加速到高能量。為了獲得用于給定應(yīng)用的期望的離子注入，可以改變被注入離子的劑量和能量。 所運(yùn)送的離子劑量控制了對(duì)于給定的半導(dǎo)體材料的被注入的離子的濃度。典型地，大電流注入機(jī)用于高劑量注入，而中等電流注入機(jī)用于小劑量應(yīng)用。離 子能量用來(lái)控制半導(dǎo)體器件中的結(jié)深度，其中束離子的能級(jí)決定了被注入離子的深度的程 度。半導(dǎo)體器件越來(lái)越小的持續(xù)的趨勢(shì)需要用于以低能量運(yùn)送大束電流的線束構(gòu)造。大束 電流提供了必需的劑量水平，而低能量允許淺的注入。此外，半導(dǎo)體工件上的器件密度不斷 變高的持續(xù)趨勢(shì)要求細(xì)致地控制跨過(guò)工件所掃描的注入束的均勻性。在對(duì)具有由柵氧化層與體半導(dǎo)體隔離的電極的半導(dǎo)體晶片進(jìn)行離子注入期間，一 個(gè)效應(yīng)是由束離子的電荷引起對(duì)隔離特征的充電。如果隔離特征(例如柵電極)的電壓超 過(guò)隔離體(例如柵氧化層)的擊穿電壓使得發(fā)生對(duì)柵氧化層的最終的損壞，那么通常稱為 充電的這種效應(yīng)可能對(duì)半導(dǎo)體電路是有害的。可以認(rèn)識(shí)到，充電率和電壓隨著束電流增加 而增加，并且具有不斷增加的束電流的離子注入呈現(xiàn)出了不斷增加的加工挑戰(zhàn)。為了抵制充電問(wèn)題，通過(guò)向?qū)⒁⑷氲墓ぜ峁┫喾捶?hào)的電荷，可以補(bǔ)償離子 束的充電。對(duì)于正離子束，一般慣例是向工件提供等于每單位時(shí)間的離子量的量的電子 (即對(duì)于工件使離子束電流與相等的電子電流相匹配)。通常這會(huì)通過(guò)諸如熱電子發(fā)射、二 次發(fā)射或放電的電子產(chǎn)生過(guò)程由產(chǎn)生電子的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，并將電子直接引向工件。這些裝 置通常為指定的電子槍、二次電子流、等離子體電子流等。另一種持續(xù)的趨勢(shì)是朝向更大的半導(dǎo)體工件尺寸，如300mm直徑的晶片。與較高 的器件密度一起，更大的工件尺寸增加了單個(gè)工件的成本。結(jié)果，為了避免或降低與廢棄工 件相關(guān)的成本，相對(duì)于離子束和其它參數(shù)，對(duì)注入均勻性的控制比以往更關(guān)鍵。根據(jù)離子源 引出口和例如包括質(zhì)量分析裝置、分辨孔、四極磁鐵和離子加速器的隨后的成形設(shè)備使離 子束成形，通過(guò)其將離子束提供至目標(biāo)工件或晶片。束和/或目標(biāo)工件被彼此相對(duì)平移，以實(shí)現(xiàn)工件的離子束掃描。另一種用來(lái)限制離子束中的束放大的技術(shù)是利用被釋放到離子束中的電子進(jìn)行 的均勻電荷中和。關(guān)于電荷降低，電子放電裝置通常涉及利用電離過(guò)程形成電子、激發(fā)這些 電子并使它們與氣體碰撞。激發(fā)可以由直流電場(chǎng)(例如用于直流電弧放電)或隨時(shí)間變化 的電場(chǎng)(例如用于交流電弧放電、射頻放電、微波放電等)來(lái)進(jìn)行。所使用的放電類型通常 基于所期望的電特性(例如密度分布、所達(dá)到的密度等)。而且，微波和射頻放電(例如射 頻等離子體電子流)可以調(diào)整尺寸成大體積，但設(shè)法維持更復(fù)雜且昂貴，從而要求匹配電 路和昂貴的高頻發(fā)電(power generation)。圖1-3、4A、4B和5_7顯示出在美國(guó)公開(kāi)專利2006/0113492中所描述的現(xiàn)有技術(shù) 的晶片電荷補(bǔ)償裝置。在該例子中，這種現(xiàn)有技術(shù)的裝置在束處理系統(tǒng)中特別適用于單晶 片離子注入系統(tǒng)，其中每個(gè)采用帶電的粒子束。圖1和2分別為示出單晶片離子注入系統(tǒng) 的示意性結(jié)構(gòu)的平面視圖和側(cè)視圖。圖示的現(xiàn)有技術(shù)的離子注入系統(tǒng)包括離子源單元11 (包括離子源和引出電極)、 質(zhì)量分析磁鐵裝置12、束成形裝置13、用于掃描的偏轉(zhuǎn)裝置14、P(即使平行化的)透鏡15、 加速/減速電極16、偏轉(zhuǎn)能量過(guò)濾器17和工藝腔18。在這種現(xiàn)有技術(shù)的離子注入系統(tǒng)中，離子源單元11中所產(chǎn)生的離子通過(guò)引出電 極(未圖示)引出，作為離子束(以下稱為“束”)。引出束在質(zhì)量分析磁鐵裝置12中經(jīng)受 質(zhì)量分析，以便僅選擇需要的離子種類用于注入。僅由需要的離子種類構(gòu)成的束由束成形 裝置13在截面上進(jìn)行成形。束成形裝置13由Q型(四分體或四極)透鏡等形成。具有成 形的橫截面的束由用于掃描的偏轉(zhuǎn)裝置14沿圖1的向上/向下方向偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)裝置14具 有至少一個(gè)上游屏蔽電極14-1和至少一個(gè)下游屏蔽電極14-2，它們分別設(shè)置在偏轉(zhuǎn)裝置 14的上游側(cè)和下游側(cè)且靠近偏轉(zhuǎn)裝置14。雖然在該實(shí)施例中偏轉(zhuǎn)掃描電極用作進(jìn)行掃描 的偏轉(zhuǎn)裝置14，但是可以用偏轉(zhuǎn)掃描磁鐵來(lái)代替它們。由電極或磁鐵形成的P透鏡15使由用于掃描的偏轉(zhuǎn)裝置14偏轉(zhuǎn)的束平行化，以 平行于0度偏轉(zhuǎn)角的軸線。在圖1中，通過(guò)由偏轉(zhuǎn)裝置14往復(fù)擺動(dòng)束的掃描范圍由粗黑線 和雙虛線表示。來(lái)自P透鏡15的束由一個(gè)或更多的加速/減速電極16加速或減速，并發(fā) 送至偏轉(zhuǎn)能量過(guò)濾器17。偏轉(zhuǎn)能量過(guò)濾器17進(jìn)行對(duì)束的能量分析，從而僅選擇具有需要 能量的離子種類。如圖2所示，僅所選擇的離子種類在偏轉(zhuǎn)能量過(guò)濾器17中被稍微向下偏 轉(zhuǎn)。僅由所選擇的離子種類構(gòu)成的束注入到晶片19中，所述晶片為被引入工藝腔18中的 將要被照射的目標(biāo)。從工件19偏離的束入射到設(shè)置在工藝腔18中的束停止器18-1上，以 便消耗掉其能量。束的傳輸路徑都保持在高真空狀態(tài)中。在圖1中，鄰近晶片19所示出的箭頭表示束沿這些箭頭方向偏轉(zhuǎn)，用于掃描，而在 圖2中鄰近晶片19所示出的箭頭表示晶片19沿這些箭頭的方向移動(dòng)。具體地，假設(shè)束例如 沿χ-軸方向往復(fù)偏轉(zhuǎn)用于掃描，則晶片19由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)驅(qū)動(dòng)，以沿垂直于χ-軸 方向的y_軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這使得能夠由束在晶片19的整個(gè)表面上進(jìn)行照射。以上述方式，在圖1和2中示出的現(xiàn)有技術(shù)的離子注入系統(tǒng)中，具有在一個(gè)方向很 長(zhǎng)的橢圓或卵形連續(xù)橫截面的束可以通過(guò)下述方式獲得，即偏轉(zhuǎn)具有圓形橫截面或橢圓或 卵形橫截面的束，且隨后使用用作后期能量分析裝置的偏轉(zhuǎn)能量過(guò)濾器在其掃描區(qū)域中的 任何位置以均一的角度彎曲；最后將束注入到晶片19中。
根據(jù)這種現(xiàn)有技術(shù)的電荷補(bǔ)償裝置30設(shè)置在偏轉(zhuǎn)裝置14的下游側(cè)上，且具體地 設(shè)置在偏轉(zhuǎn)能量過(guò)濾器17的下游側(cè)。電荷補(bǔ)償裝置也稱為等離子體淋浴裝置。電荷補(bǔ)償 裝置30位于圖1和2中的工藝腔18的外面，但可以位于工藝腔18的內(nèi)部。參照現(xiàn)有技術(shù)的圖3、4A和4B，將描述現(xiàn)有技術(shù)的離子源或電荷補(bǔ)償裝置30?，F(xiàn) 有技術(shù)的電荷補(bǔ)償裝置30包括設(shè)置有絲31、氣體引入口 32和一個(gè)或更多的第一引出孔33 的第一電弧腔34、以及第二電弧腔35。第二電弧腔35具有第二引出孔36，并連接至管狀 或中空?qǐng)A筒形或矩形構(gòu)件(流箱體)40，使得第二引出孔36暴露至中空?qǐng)A筒形或矩形構(gòu)件 40的內(nèi)部空間50，并面向掃描區(qū)域的往復(fù)擺動(dòng)束。中空?qǐng)A筒形或矩形構(gòu)件40可以為位于 工藝腔(未示出)入口側(cè)上的工藝腔的一部分，或者可以設(shè)置在工藝腔中。在任何情況中， 第二電弧腔35具有大約延伸超過(guò)中空?qǐng)A筒形或矩形構(gòu)件40的整個(gè)寬度的長(zhǎng)度。在圖5中，符號(hào)SA表示在中空?qǐng)A筒形或矩形構(gòu)件40中由束進(jìn)行的掃描范圍或區(qū) 域50 (偏轉(zhuǎn)范圍或區(qū)域)。在這種實(shí)施例中，第二引出孔36由在掃描區(qū)域SA中的沿第二電 弧腔35的長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置的多個(gè)孔36實(shí)現(xiàn)?？商鎿Q地，第二引出孔36可以由延伸超過(guò)掃描區(qū)域SA的單個(gè)縫實(shí)現(xiàn)。在多個(gè)孔或 單個(gè)縫的情況中，第二引出孔36的開(kāi)口分布或形狀被構(gòu)造為對(duì)應(yīng)于第二電弧腔35中的第 二等離子體密度分布。也就是說(shuō)，期望是開(kāi)口密度在等離子體密度低的部分處高，而開(kāi)口密 度在等離子體密度高的部分處低。具體地，當(dāng)?shù)诙隹?6由多個(gè)孔實(shí)現(xiàn)時(shí)，孔的間距在 等離子體密度低的部分處被縮短，孔的間距在等離子體密度高的部分處被增加。另一方面， 當(dāng)?shù)诙隹?6由單個(gè)縫實(shí)現(xiàn)時(shí)，縫的寬度在等離子體密度低的部分處被增加，縫隙的寬 度在等離子體密度高的部分處被減小。第一電弧腔34連接至第二電弧腔35的壁上，使得第一弓丨出孔33在靠近第二電弧 腔35的長(zhǎng)度方向的中間部分的位置處暴露于第二電弧腔35或朝向第二電弧腔35打開(kāi)。在 第一電弧腔34和第二電弧腔35之間的邊界部分處，設(shè)置有在對(duì)應(yīng)于第一引出孔33的位置 處具有孔的第一引出電極37。然而，可以省略第一引出電極37。在這種情況中，隨后將要 描述的第二電弧電壓在第一電弧腔34和第二電弧腔35之間被供給，用于在第二電弧腔35 中產(chǎn)生第二等離子體。多個(gè)永磁鐵38設(shè)置在第二電弧腔35的除分別設(shè)置第一電弧腔34和第二引出孔 36的區(qū)域外的壁表面上。也就是說(shuō)，永磁鐵38間隔設(shè)置在第二電弧腔35的上下壁表面、左 右壁表面和兩側(cè)端壁表面中的每一個(gè)上。永磁鐵38用來(lái)在第二電弧腔35中形成約束磁場(chǎng) (用于約束的尖端磁場(chǎng))。因此，所有的永磁鐵38都設(shè)置成，它們的磁極指向第二電弧腔35 的內(nèi)部并且相鄰的永磁鐵38的磁極彼此相反。在圖5中，形成約束磁場(chǎng)的磁通量由箭頭部 分地示出。圖6和7示出了位于第二電弧腔35的兩側(cè)端壁表面中的一個(gè)上的永磁鐵38的配 置。在此處，由于端壁表面的形狀為正方形，具有不同尺寸的多個(gè)正方形框形狀的永磁鐵38 同心設(shè)置，并且正方形永磁鐵38設(shè)置在最內(nèi)側(cè)框形狀的永磁鐵38中。這些永磁鐵38還被 設(shè)置成，它們的磁極指向第二電弧腔35的內(nèi)部，并且相鄰的永磁鐵38的磁 極彼此相反。永 磁鐵38可以具有另外的多邊形形狀，包括三角形。如果端壁表面的形狀為圓形，則永磁鐵 38可以具有環(huán)形形狀。注意到第一電弧腔34和第二電弧腔35由電弧腔支撐件39 (圖3)支撐。電力通過(guò)連接至電弧腔支撐件39的絲饋給裝置41供給至絲31。在圖1和2中，電荷補(bǔ)償裝置30 設(shè)置在束被稍微向下偏轉(zhuǎn)的位置處。另一方面，在圖5中，中空?qǐng)A筒形或矩形構(gòu)件40圖示 為處于水平狀態(tài)。為了如圖1和2所示的那樣設(shè)置電荷補(bǔ)償裝置30，整個(gè)裝置被傾斜，以匹 配束的偏轉(zhuǎn)角度。諸如氬之類的氣體通過(guò)氣體引入口 32被引入到第一電弧腔34。電力從絲電源42 供給至設(shè)置在第一電弧腔34中的絲31，以將絲31加熱至高溫，由此經(jīng)由熱電子發(fā)射產(chǎn)生電 子。熱電子發(fā)射的電子由來(lái)自第一電弧電源43的在絲31和第一電弧腔34之間供給的第 一電弧電壓加速。加速的電子與引入的氣體碰撞，以便在第一電弧腔34中產(chǎn)生第一等離子 體。第一電弧腔34設(shè)置有一個(gè)或更多的第一引出孔33，并且第一引出電極37設(shè)置在其外 部。通過(guò)從第一引出電源44在第一引出電極37和第一電弧腔34之間供給第一引出電壓， 第一電子被從第一電弧腔34引出。具有對(duì)應(yīng)于掃描區(qū)域SA的長(zhǎng)度的第二電弧腔35引入在第一電弧腔34中未電離 的從第一引出孔33射出的中性氣體和從第一電弧腔34引出的第一電子。即使絲31的材 料由于蒸發(fā)等被散射，這是因?yàn)榈谝灰隹?3的尺寸小，被散射的材料保留在第一電弧腔 34內(nèi)，且因此未被弓I入第二電弧腔35中。引入第二電弧腔35的第一電子由來(lái)自第二電弧電源45的在第二電弧腔35和第 一引 出電極37之間供給的第二電弧電壓加速。被加速的電子與從第一電弧腔34引入的氣 體碰撞，以便在第二電弧腔35中產(chǎn)生密集的第二等離子體。由于多個(gè)永磁鐵38設(shè)置在第二電弧腔35的壁表面上用于形成約束磁場(chǎng)，因此可 以抑制電子在這些壁表面上的損耗，并改善第二電弧腔35中的沿掃描方向的等離子體的 均勻性。為了將永磁鐵38的溫度保持低于它們的居里溫度，即防止永磁鐵38的熱退磁，第 二電弧腔35由水冷等來(lái)冷卻。第二電弧腔35在朝向束經(jīng)過(guò)區(qū)域的位置處設(shè)置有第二引出 孔36。在這個(gè)實(shí)施例中，如前所述，第二引出孔36為對(duì)應(yīng)于束的掃描區(qū)域SA設(shè)置的多個(gè)孔 的形式。可替換地，第二引出孔36可以由前面已經(jīng)描述的、延伸超過(guò)掃描區(qū)域SA的單個(gè)縫 的形式的開(kāi)口實(shí)現(xiàn)。第二電弧腔35構(gòu)造為，除了第二引出孔36之外，不允許氣體從其它地 方泄露，由此防止第二電弧腔35內(nèi)的氣壓下降，以增強(qiáng)等離子體的產(chǎn)生效率。當(dāng)束經(jīng)過(guò)第二引出孔36的附近區(qū)域時(shí)，第二電子被束的正電位從第二電弧腔35 引出。引出的第二電子與在第一電弧腔34和第二電弧腔35中未電離的從第二引出孔36 射出的中性氣體碰撞。結(jié)果，在束(往復(fù)擺動(dòng)束)和第二電弧腔35 (精確地講是第二引出 孔36)之間形成等離子體(等離子體橋)。第二電弧腔35中的第二電子通過(guò)等離子體橋自 發(fā)供給至束。由于第二引出孔36設(shè)置于對(duì)應(yīng)于掃描區(qū)域SA的區(qū)域中，即使束的位置為了 掃描而通過(guò)偏轉(zhuǎn)移動(dòng)，也在束和第二電弧腔35之間恒定地形成等離子體橋，由此實(shí)現(xiàn)自發(fā) 的電子供給。第二電弧腔35被構(gòu)造，以便被供給有來(lái)自第二引出電源46的在它本身和接 地電位之間的第二引出電壓。采用這種結(jié)構(gòu)，可以調(diào)整供給至束的電子的量和能量?？梢詼y(cè)量第二電弧電源45和第二引出電源46之間的電流值(電弧電流)，并反 饋，以便控制電力供給，用于實(shí)現(xiàn)恒定的電弧電流。第二引出孔36和束進(jìn)行的掃描區(qū)域的附近由中空?qǐng)A筒形或矩形構(gòu)件40覆蓋。中 空?qǐng)A筒形或矩形構(gòu)件40的電位可以設(shè)置為與第二電弧腔35的電位不同，以能夠調(diào)整從第二電弧腔35引出并供給至晶片的第二電子的量，或者可以設(shè)置為等于第二電弧腔35的電 位，以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。中空?qǐng)A筒形或矩形構(gòu)件40的內(nèi)壁50(與束接觸的表面)形成為鋸齒狀，由此防止 絕緣污點(diǎn)粘附到內(nèi)壁的整個(gè)表面上。而且，設(shè)置在中空?qǐng)A筒形或矩形構(gòu)件40的束上游側(cè)的 是偏壓電極48，其可以施加有來(lái)自偏壓電源47的負(fù)電壓。這使得可以防止束上游方向的電 子的擴(kuò)散，并有效地將電子向下游側(cè)(向晶片)運(yùn)送。中空?qǐng)A筒形或矩形構(gòu)件40還設(shè)置有 磁屏蔽，由此屏蔽外部磁場(chǎng)，例如來(lái)自偏轉(zhuǎn)能量過(guò)濾器17的磁場(chǎng)。這是因?yàn)楫?dāng)外部磁場(chǎng)強(qiáng) 時(shí)，電子環(huán)繞其磁場(chǎng)線吹動(dòng)，使得電子在到達(dá)晶片之前被損失掉。在前述結(jié)構(gòu)的情況下，第二引出孔36設(shè)置于對(duì)應(yīng)于掃描區(qū)域SA的區(qū)域中。因此， 當(dāng)?shù)入x子體在第二電弧腔35中被產(chǎn)生時(shí)，即使束的位置為了掃描而通過(guò)偏轉(zhuǎn)移動(dòng)，也在束 和第二電弧腔35之間恒定地形成等離子體橋，由此進(jìn)行均衡的電子供給。此外，由于約束 磁場(chǎng)在第二電弧腔35內(nèi)產(chǎn)生，電子在第二電弧腔35的內(nèi)壁表面上的損失被減少。這使得 可以改善第二電弧腔35內(nèi)的等離子體的均勻性和等離子體的產(chǎn)生效率，由此某種程度上 不管束的掃描位置而能夠?qū)㈦娮佑行У毓┙o至束。然而，這種等離子體源配置依賴于擴(kuò)散，并且不能保證在第二電弧腔的等離子體 具有相等的等離子體特性；由于磁鐵的使用和配置以及設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，它還可能是相對(duì)昂貴的。 因此，期望提供充電防護(hù)和改善的均勻的電荷中和裝置和方法，由此可以提供用于注入半 導(dǎo)體工件的均勻的離子束，其成本低且不難制造。

發(fā)明內(nèi)容
以下呈現(xiàn)出簡(jiǎn)化的概要，以提供對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或更多的方面的基本理解。這種 概要不是對(duì)本發(fā)明的詳盡概括，并且不是要識(shí)別本發(fā)明的主要或關(guān)鍵元件，也不是要描繪 本發(fā)明的范圍。更確切地說(shuō)，概要的主要目的是以簡(jiǎn)化的形式提出本發(fā)明的一些概念，作為 隨后呈現(xiàn)的更詳細(xì)的描述的前序。本發(fā)明涉及用于采用離子束注入工件的方法和設(shè)備，由 其可以克服或減輕與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的上述和其它不足。特別地，本發(fā)明提供了一種注入系 統(tǒng)，其中相對(duì)寬的離子束(如帶狀束或掃描成時(shí)間平均的帶狀束的筆束)由離子源產(chǎn)生，其 隨后被帶電電荷中和。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種等離子體電子流系統(tǒng)，包括具有放電腔的殼體，所述 放電腔被構(gòu)造為包含氣體，并且等離子體電子流系統(tǒng)包括位于其中的細(xì)長(zhǎng)引出縫、陰極和 多個(gè)陽(yáng)極。所述細(xì)長(zhǎng)引出縫與離子注入系統(tǒng)直接連通，其中所述陰極發(fā)射電子，所述電子通 過(guò)所述陰極和多個(gè)陽(yáng)極之間的電勢(shì)差被吸引到所述多個(gè)陽(yáng)極上。一部分發(fā)射的電子通過(guò)所 述細(xì)長(zhǎng)引出縫釋放，作為電子帶，用于中和在所述離子注入系統(tǒng)內(nèi)行進(jìn)的離子束。本發(fā)明的另一種實(shí)施方式涉及一種離子注入系統(tǒng)，包括離子源，產(chǎn)生沿著縱向路徑的相對(duì)寬的離子束；質(zhì)量分析裝置，提供跨過(guò)所述路徑的磁場(chǎng)，以便根據(jù)質(zhì)量以變化的軌 跡偏轉(zhuǎn)所述束的離子。終端站接收來(lái)自所述線束系統(tǒng)的經(jīng)質(zhì)量分析的離子束，并沿著所述 路徑支撐至少一個(gè)工件，用于采用經(jīng)質(zhì)量分析的離子束進(jìn)行注入。殼體內(nèi)的放電腔包括多 個(gè)陽(yáng)極、陰極和細(xì)長(zhǎng)引出縫，并且所述陰極發(fā)射電子，所述電子通過(guò)所述多個(gè)陽(yáng)極和陰極之 間的電勢(shì)差被吸引到所述多個(gè)陽(yáng)極。所述細(xì)長(zhǎng)引出縫將所述電子的一部分作為細(xì)長(zhǎng)帶發(fā)射 到所述離子束中。
本發(fā)明的又一方面提供了一種將電子引入到離子束中的方法，包括下述步驟給 放電腔內(nèi)的陰極通電；偏壓所述陰極、放電腔殼體和陽(yáng)極；以及通過(guò)細(xì)長(zhǎng)引出縫將電子發(fā) 射到所述帶狀離子束中。本發(fā)明的另一方面提供了在離子注入系統(tǒng)中采用靜態(tài)或時(shí)間平均的帶狀離子束 進(jìn)行工件注入的方法，包括產(chǎn)生帶狀離子束和對(duì)所述帶狀離子束進(jìn)行質(zhì)量分析。該方法還 包括將細(xì)長(zhǎng)電子帶提供給所述帶狀離子束和將經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀離子束提供至至少一個(gè) 工件，以便用來(lái)自所述帶狀離子束的離子注入所述至少一個(gè)工件。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，涉及一種用于采用離子束注入工件的離子注入系 統(tǒng)，包括用于產(chǎn)生帶狀離子束的裝置；用于對(duì)所述帶狀離子束進(jìn)行質(zhì)量分析的裝置；用于 將細(xì)長(zhǎng)電子帶提供給經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀離子束的裝置；用于將經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀離子束提 供至工件，以便用來(lái)自所述帶狀離子束的離子注入所述工件的裝置。為了實(shí)現(xiàn)前述和相關(guān)的目的，下述描述和附圖用于詳細(xì)闡述本發(fā)明的細(xì)節(jié)的特定 的說(shuō)明性方面和實(shí)施方式。這些只是可以采用本發(fā)明的原理的多種方式中的少數(shù)幾個(gè)的代 表。在結(jié)合附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將從本發(fā)明的下述詳細(xì)描述中 變得清楚。


圖1和2分別為示出離子注入系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的平面視圖和現(xiàn)有技 術(shù)的側(cè)視圖；圖3為用于說(shuō)明電荷補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的垂直剖視圖；圖4A為圖3中示出的裝置的現(xiàn)有技術(shù)的橫截面透視圖；圖4B為圖3中示出的裝置的現(xiàn)有技術(shù)的部分透視圖；圖5為示出在圖3中示出的第二電弧腔的兩個(gè)端表面中的一個(gè)上永磁鐵形成的約 束磁場(chǎng)的配置的現(xiàn)有技術(shù)視圖；圖6為示出在圖5中示出的第二電弧腔的兩個(gè)端表面中的一個(gè)上永磁鐵形成的約 束磁場(chǎng)的配置的現(xiàn)有技術(shù)視圖；圖7為示出在圖3中示出的第二電弧腔的上、下、左和右壁表面上永磁鐵形成的約 束磁場(chǎng)的另一配置的現(xiàn)有技術(shù)視圖；圖8為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的等離子體電子流系統(tǒng)(PEF)的部分透視分解 視圖；圖9A為根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的穿過(guò)圖8中示出的殼體的橫截面；圖9B為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的進(jìn)一步示出穿過(guò)圖8的細(xì)長(zhǎng)引出縫的電子流 到帶狀離子束中的局部透視圖；圖10為進(jìn)一步示出涉及本發(fā)明的另一種使用的方法的示意圖；和圖11為示出本發(fā)明的另一方法的方塊圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明，全文中相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件。本發(fā)明提供了為了提供用于諸如半導(dǎo)體工件的工件的離子注入的等離子體充有電子的離子束的方法和系統(tǒng)。以下參照附示并描述本發(fā)明的一種實(shí)施方式。這些圖示和隨后的描述本質(zhì)上是示例性的，而不是限制性的。因此，將會(huì)認(rèn)識(shí)到，所圖示的系統(tǒng)和方法的變形例和除了此處所圖示的這些實(shí)施方式之外的其它的這樣的實(shí)施方式也認(rèn)為是落入本發(fā)明和隨 附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。首先參照?qǐng)D8，該圖示出了提供等離子體電子流系統(tǒng)(PEF)SOO的本發(fā)明的分解部分視圖，該等離子體電子流系統(tǒng)(PEF)SOO包括構(gòu)造為包含如由放電腔816內(nèi)的閥(未示 出)引入的氣體的殼體802。PEF系統(tǒng)800的殼體802具有包括期望的切塊(例如內(nèi)直徑 822)的尺寸為818X820的橫截面，其可以擠壓成任何期望的擠壓長(zhǎng)度824，例如300或450 毫米。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，殼體802還可以被機(jī)加工、激光切削等。等離子體電子流系統(tǒng)800還包括位于其中的細(xì)長(zhǎng)引出縫806、陰極組件808、多個(gè) 陽(yáng)極810和細(xì)長(zhǎng)陰極絲814。在這種實(shí)施例中，細(xì)長(zhǎng)引出縫806形成在縫板812中，且細(xì)長(zhǎng) 引出縫806可以與離子注入機(jī)(未示出)直接連通。陰極組件808被通電，以從陰極絲814 發(fā)射電子，所述電子通過(guò)陰極絲和多個(gè)陽(yáng)極之間的電勢(shì)差被吸引到多個(gè)陽(yáng)極上。電子通過(guò) 細(xì)長(zhǎng)引出縫806被釋放，作為大致的電子帶，用于中和在離子注入機(jī)內(nèi)行進(jìn)的帶狀離子束。 發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，通過(guò)以這種方式引入電子，與點(diǎn)源型技術(shù)的不相等的路徑長(zhǎng)度相比較，電子 將具有相等的路徑長(zhǎng)度，用于到達(dá)鉛筆狀、寬的或帶狀的離子束，并認(rèn)識(shí)到例如電荷中和在 離子束的寬度上將更均勻。為了最小化放電腔816內(nèi)的污染并且因此最小化帶狀離子束內(nèi)的污染，陰極絲 814和多個(gè)陽(yáng)極810可以包括石墨。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，也可以使用通常用在這種技術(shù)中的鎢(W)、 鉬(Mo)和鉭((Ta)以及其它難熔材料。在一個(gè)實(shí)施例中，參照?qǐng)D8和9A，通過(guò)采用折回(reflex)的幾何構(gòu)型(即相對(duì)小 的陽(yáng)極面積)構(gòu)造多個(gè)陽(yáng)極810(圖8和9A)，使得被朝陽(yáng)極810加速的電子具有低的攔截 陽(yáng)極810的可能性。從陰極絲814到陽(yáng)極810的初級(jí)電子的飛越時(shí)間被增加，其提高了電 子中和碰撞的數(shù)量，因此提高了等離子體的放電密度和電子產(chǎn)生，這使得等離子體電子流 系統(tǒng)800以低壓在放電腔816內(nèi)操作。放電腔816可以具有大直徑822 (例如IOOmm或更 大)，其中陰極絲814例如具有0. 9mm的直徑。陰極絲814的電流可以設(shè)定為40A，且獲得 的陰極絲814溫度約為2500°C，和相對(duì)低的自磁化(例如小于100高斯)?？梢杂腥齻€(gè)陽(yáng) 極810，例如，每個(gè)陽(yáng)極具有3mm的直徑，因此陽(yáng)極110直徑足夠小，以形成折回的幾何構(gòu)型， 且陽(yáng)極110還足夠大以確保等離子體放電的穩(wěn)定性。氣體例如包括氙，并且其以約5X10-5 至IX 10-4托的分壓在等離子體電子流系統(tǒng)100的放電腔116內(nèi)操作?？纱娴貙?duì)于氙， 氣體還可以包括氬。例如，在陰極810處于與殼體102相同的靜電勢(shì)時(shí)，初級(jí)電子被靜電限 制，這又增加了等離子體約束，并且因此增加了等離子體密度。等離子體電子流系統(tǒng)800可以在湯森放電模式下以低壓操作，作為直流放電，其中電子從陰極絲814射出，用于維持正在進(jìn)行的放電。因此，氙氣的壓力可以保持較低(例 如小于5e-5托)，例如這可以降低系統(tǒng)中的氙的分壓，并可以使離子束在較高壓力(例如大 于5e-6托)下經(jīng)歷的電荷交換的一些負(fù)面作用最小化。在電學(xué)上正向偏壓陽(yáng)極810并使 陰極絲814和殼體802電接地，提供了電子能量過(guò)濾，使得僅碰撞的或熱能化的電子可以通 過(guò)例如細(xì)長(zhǎng)引出縫口 806離開(kāi)放電腔816。現(xiàn)在參照?qǐng)D9B(未按比例繪制)，殼體802 (圖1)可以被構(gòu)造，使得電子細(xì)長(zhǎng)引出縫806橫向于離子束802的傳播方向，例如如圖所示，以便橫向于帶狀離子束的長(zhǎng)度將被引 出的電子的細(xì)長(zhǎng)帶提供到帶狀離子束中，如圖9B所示。這確保了電荷中和的均勻性，從而 允許電子902全都沿縫板812中的細(xì)長(zhǎng)引出縫806從等離子體電子流系統(tǒng)(PEF)950出去。 應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，縫板812中的細(xì)長(zhǎng)引出縫806例如可以為PEF 900的組成部分(圖9)，而不是 圖示的那樣?？p916的長(zhǎng)度可以被使得匹配帶狀離子束904的寬度910，例如有助于離子束 的均勻性。此外，例如通過(guò)采用掩?；虮绢I(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它技術(shù)，使得縫隙916的長(zhǎng) 度可以基于晶片尺寸被使得是可自動(dòng)調(diào)節(jié)的。 參照?qǐng)D10，本發(fā)明提供了一種離子注入系統(tǒng)1000，其包括用于沿著縱向束路徑產(chǎn) 生細(xì)長(zhǎng)(例如鉛筆狀離子束、帶狀形狀等)的離子束1004的離子源1002。離子束源1002 包括具有相關(guān)聯(lián)的電源1008的等離子體源1006和引出設(shè)備1010，其例如可以為引出大縱 橫比的細(xì)長(zhǎng)帶狀離子束1004的任何設(shè)計(jì)。提供下面的例子以更全面地說(shuō)明本發(fā)明，但不是 要解釋成限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如，等離子體源1006可以包括相對(duì)長(zhǎng)的等離子體約束 腔，通過(guò)使用引出設(shè)備1010中的大縱橫比的引出縫可以從等離子體約束腔中引出帶狀束 1004。帶狀束1004包括限定第一縱橫比的橫向?qū)挾群蜋M向高度，其中橫向?qū)挾缺葯M向高度 大很多。例如，從等離子體源1006引出的細(xì)長(zhǎng)離子束1004的寬度例如可以為約400mm，且 高度例如可以為10mm。帶狀離子束和其它類型的離子束的形成是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知 的。線束系統(tǒng)1012設(shè)置在離子源1002的下游，以從離子源1002接收束1004，該線束 系統(tǒng)包括沿著接收束1004的路徑定位的質(zhì)量分析裝置1014。質(zhì)量分析裝置1014操作以提 供跨過(guò)該路徑的磁場(chǎng)，以便根據(jù)質(zhì)量(例如荷質(zhì)比)以變化的軌跡偏轉(zhuǎn)來(lái)自離子束1004的 離子，用于提供細(xì)長(zhǎng)的經(jīng)質(zhì)量分析的離子束1004，其具有第二縱橫比和基本類似于第一縱 橫比的輪廓。終端站1022設(shè)置在系統(tǒng)1000中，該終端站接收來(lái)自線束系統(tǒng)1012的經(jīng)質(zhì)量 分析的離子束1004，且沿著該路徑支撐一個(gè)或多個(gè)工件(例如半導(dǎo)體工件)，用于使用經(jīng)質(zhì) 量分析的離子束1004進(jìn)行注入。終端站1022包括目標(biāo)掃描系統(tǒng)1020，用于彼此相對(duì)地平 移或掃描一個(gè)或更多的目標(biāo)工件和細(xì)長(zhǎng)離子束1004。目標(biāo)掃描系統(tǒng)1020可以設(shè)置為用于 成批或連續(xù)注入。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，圖11示出了與等離子體流電子系統(tǒng)100(圖1)相關(guān)聯(lián) 的、用于將在等離子體腔內(nèi)產(chǎn)生的多個(gè)電子傳移到帶狀離子束中的示例性的方法1100。圖 1中圖示的系統(tǒng)100例如可以根據(jù)圖11的方法1100進(jìn)行操作。注意到在等離子體流電子 系統(tǒng)100(圖1)內(nèi)進(jìn)行的動(dòng)作可以同時(shí)(并行地)或連續(xù)進(jìn)行。還應(yīng)當(dāng)注意到，雖然在此處 作為一系列動(dòng)作或事件示出并描述了示例性的方法，但是將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明不受這種動(dòng) 作或事件的示出的順序限制，這是因?yàn)橐恍┎襟E可以以不同的順序發(fā)生，和/或與除根據(jù) 本發(fā)明在此示出并描述的步驟之外的其它步驟同時(shí)發(fā)生。此外，并不是要求所有圖示的步 驟都用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。而且，將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以結(jié)合在此圖示并描述的系統(tǒng)100 以及結(jié)合未示出的其它系統(tǒng)來(lái)實(shí)施所述方法。如圖11所示，該方法1100以步驟1102開(kāi)始，通過(guò)使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技 術(shù)產(chǎn)生帶狀離子束。本發(fā)明提供了用于沿著縱向束路徑產(chǎn)生細(xì)長(zhǎng)(例如帶狀形狀等)離 子束1004 (圖10)的離子源1002 (圖10)。離子束源1002 (圖10)包括具有相關(guān)聯(lián)的電源 1008(圖10)的等離子體源1006(圖10)和引出設(shè)備1010(圖10)，其例如可以為引出大縱橫比的細(xì)長(zhǎng)帶狀離子束1004的任何設(shè)計(jì)。如前所述，提供下面的例子以更全面地說(shuō)明本發(fā)明，但不是要解釋成限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如，等離子體源1006可以包括相對(duì)長(zhǎng)的等 離子體約束腔，采用引出設(shè)備1010中的大縱橫比引出縫可以從等離子體約束腔中引出帶 狀離子束1004。帶狀束1004包括限定第一縱橫比的橫向?qū)挾群蜋M向高度，其中橫向?qū)挾缺?橫向高度大很多。例如，從等離子體源1006引出的細(xì)長(zhǎng)離子束1004的寬度例如可以為約 400mm，且高度例如可以為10謹(jǐn)。在步驟1104，帶狀束被質(zhì)量分析，以選擇期望荷質(zhì)比的離子。用于對(duì)離子束進(jìn)行質(zhì) 量分辨的質(zhì)量分析裝置使用磁場(chǎng)。離子的質(zhì)量相對(duì)于其上的電荷(例如荷質(zhì)比)影響離子 由靜電或磁場(chǎng)軸向和橫向加速的程度。因此，到達(dá)半導(dǎo)體晶片或其它目標(biāo)的期望區(qū)域的束 可以被使得很純凈，這是因?yàn)椴幌Ｍ姆肿又亓康碾x子將被偏轉(zhuǎn)至離開(kāi)該束的位置，且可 以避免除期望材料之外的材料的注入。質(zhì)量分析裝置可以利用質(zhì)量分析磁鐵，其產(chǎn)生偶極 子磁場(chǎng)以經(jīng)由磁偏轉(zhuǎn)將離子束中的各種離子偏轉(zhuǎn)到弓形通道中，這將有效地將不同荷質(zhì)比 的離子分開(kāi)。質(zhì)量分析技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。接下來(lái)，在步驟1106等離子體流電子系統(tǒng)800 (圖8)的放電腔內(nèi)的多個(gè)陽(yáng)極和陰 極被通電。陰極810的電流可以設(shè)定為40A，且獲得的陰極810的溫度約為2500°C，且自磁 化相對(duì)較低(例如小于100高斯)。多個(gè)陽(yáng)極810(例如三個(gè))中的每一個(gè)陽(yáng)極例如可以 具有3mm的直徑。等離子體腔816內(nèi)的氣體例如可以包括氙，并且它可以在約5 X 10_5至 IX 10-4托的壓力下在等離子體電子流系統(tǒng)800 (圖8)的等離子體腔116 (圖1)內(nèi)操作。部件810、802和814被靜電偏壓，以提供對(duì)放電等離子體的靜電約束，和對(duì)通過(guò) 引出縫806離開(kāi)的電子進(jìn)行能量過(guò)濾；例如，陰極810(圖8)和放電腔殼體802可以偏壓 至接地電位，且陽(yáng)極810(圖1)可以偏壓到100伏特。離開(kāi)陰極810(圖8)的電子將具有 接近零電子伏特的初始動(dòng)能，當(dāng)它到達(dá)陽(yáng)極110 (圖1)時(shí)，它將獲得100電子伏特的動(dòng)能 (IOOeV)。如果電子在到陽(yáng)極的路徑上與原子碰撞，則它最多可以獲得IOOeV的動(dòng)能加原子 的能量(例如IeV)；因此將具有IOleV的總的最大能量。這種電子或任何獲得大于IOOeV 的總能量的電子可以通過(guò)引出縫離開(kāi)放電腔，釋放掉IOOeV的能量，并且例如通常具有IeV 的動(dòng)能。在步驟1106，許多這種電子(通常稱為碰撞的、熱能化的或二次的電子)可以以這 種方式傳遞到帶狀離子束202 (圖2)中。碰撞的電子對(duì)中和注入工件之前的離子束202是 特別有用的。因此，在放電腔內(nèi)產(chǎn)生的電子可以作為穿過(guò)細(xì)長(zhǎng)縫的細(xì)長(zhǎng)電子帶，被引入到帶 狀離子束中。因?yàn)殛?yáng)極和陰極都會(huì)遭受濺射和蒸發(fā)，因此陰極絲814可以包括石墨，且例如鎢 (W)、鉬(Mo)和鉭((Ta)是可選擇的材料。因此可以最小化晶片被陰極材料污染的風(fēng)險(xiǎn)。陽(yáng) 極810可以包括石墨或鋁(Al)，這兩種材料都對(duì)硅晶片具有小的污染風(fēng)險(xiǎn)，或者陽(yáng)極810可 以包括鉬(Mo)、鎢(W)等。在步驟1108，經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀離子束被提供至至少一個(gè)工件，以便用離子注入 至少一個(gè)工件，且該方法結(jié)束。雖然上文已經(jīng)相對(duì)特定方面和實(shí)施方式圖示并描述了本發(fā)明，但將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在 閱讀并理解本說(shuō)明書(shū)和附圖時(shí)，本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員將想到等同改變和修改。特別地關(guān) 于由上述部件(組件、裝置、電路、系統(tǒng)等)執(zhí)行的各種功能，除非另外地給出指示，用于描 述這些部件的術(shù)語(yǔ)(包括對(duì)“裝置”的參考)是要對(duì)應(yīng)于執(zhí)行所描述的部件的指定功能的任何部件(即，功能等同物)，即使結(jié)構(gòu)上不等同于所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)(其執(zhí)行本發(fā)明的在此處 圖示的示例性實(shí)施方式中的功能)。在這點(diǎn)上，還將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明包括具有用于執(zhí)行本發(fā) 明的各種方法的步驟的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀媒介。此外，雖然僅相對(duì)于幾個(gè)實(shí) 施方式中的一個(gè)公開(kāi)了本發(fā)明的特定特征，但這種特征可以在對(duì)任何給定或特定應(yīng)用是期 望的 和有利的時(shí)與其它實(shí)施方式的一個(gè)或更多的其它特征結(jié)合。另外，對(duì)于用在詳細(xì)描述 或權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)“包括”、“具有”及其變形的范圍，這些術(shù)語(yǔ)是要以類似于術(shù)語(yǔ)“包括” 的方式是包括性的。
權(quán)利要求
一種等離子體電子流系統(tǒng)，所述等離子體電子流系統(tǒng)包括具有放電腔的殼體，所述放電腔構(gòu)造為包含氣體，并且所述等離子體電子流系統(tǒng)包括位于其中的細(xì)長(zhǎng)引出縫、陰極絲、陰極組件和多個(gè)陽(yáng)極；并且其中所述細(xì)長(zhǎng)引出縫與離子注入系統(tǒng)直接連通；其中所述陰極絲發(fā)射電子，所述電子通過(guò)所述陰極絲和所述多個(gè)陽(yáng)極之間的電勢(shì)差被吸引到所述多個(gè)陽(yáng)極；其中所述電子的一部分通過(guò)所述細(xì)長(zhǎng)引出縫引出，作為電子帶用于中和在所述離子注入系統(tǒng)內(nèi)行進(jìn)的離子束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體電子流系統(tǒng)，其中所述陰極絲的直徑約為0.5至2 毫米；其中所述陰極絲具有240至500毫米的長(zhǎng)度； 其中每個(gè)陽(yáng)極的直徑約為1至10毫米；并且 其中每個(gè)陽(yáng)極具有240至500毫米的長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體電子流系統(tǒng)，其中所述放電腔為圓筒形，并具有約 30至200毫米的內(nèi)直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體電子流系統(tǒng)，其中所述放電腔為圓筒形，并具有約 30至200毫米的內(nèi)直徑；并且其中所述放電腔具有240至500毫米的長(zhǎng)度；其中所述引出縫為約1至50毫米寬和約200至450毫米長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體電子流系統(tǒng)，其中所述陰極絲由包括石墨、鎢、鉬和 鉭的材料制造；并且其中所述多個(gè)陽(yáng)極由包括石墨、鋁、鎢和鉬的材料制造。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體電子流系統(tǒng)，其中所述放電腔內(nèi)的氙氣的分壓約為 5X10—5 至 1X10—4 托；并且其中所述放電腔內(nèi)的氣體包括氙、氬或氙和氬的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體電子流系統(tǒng)，其中所述陰極和所述殼體處于大約相 同的電勢(shì)，并且所述陽(yáng)極相對(duì)于所述陰極和所述殼體被以正電壓偏壓。
8.一種離子注入系統(tǒng)，所述離子注入系統(tǒng)包括 離子源，所述離子源產(chǎn)生沿著縱向路徑的離子束；線束系統(tǒng)，所述線束系統(tǒng)提供跨過(guò)所述路徑的磁場(chǎng)，以便根據(jù)質(zhì)量以變化的軌跡偏轉(zhuǎn) 所述離子束中的離子；等離子體電子流系統(tǒng)，所述等離子體電子流系統(tǒng)用于向所述離子束提供電子，并且 其中所述等離子體電子流系統(tǒng)包括位于殼體內(nèi)的放電腔，包括多個(gè)陽(yáng)極、陰極絲、陰極 組件和細(xì)長(zhǎng)引出縫；其中所述陰極絲發(fā)射電子，所述電子通過(guò)電勢(shì)差被吸引到所述多個(gè)陽(yáng)極； 其中所述細(xì)長(zhǎng)引出縫將所述電子的一部分作為細(xì)長(zhǎng)帶發(fā)射到所述離子束中， 終端站，所述終端站接收來(lái)自所述線束系統(tǒng)的經(jīng)質(zhì)量分析的且被中和的離子束，并沿 著所述路徑支撐至少一個(gè)使用所述經(jīng)質(zhì)量分析的且被中和的離子束進(jìn)行注入的工件。
9.根據(jù)權(quán)利要求9所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述陰極絲的直徑約為0.9毫米，且 其中所述陽(yáng)極的直徑約為3毫米。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述離子束構(gòu)成具有寬度和高度的帶 狀離子束；其中所述寬度大于所述高度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述電子的細(xì)長(zhǎng)帶被設(shè)置到橫向于所 述離子束的所述長(zhǎng)度的所述離子束中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的離子注入系統(tǒng)，所述放電腔內(nèi)的氙氣的分壓約為5X 10_5至 1 X IO"4 托；其中所述放電腔內(nèi)的氣體包括氙和氬；其中所述陰極絲由包括石墨、鎢、鉬和鉭的材料制造；并且其中所述多個(gè)陽(yáng)極由包括石墨、鋁、鎢和鉬的材料制造。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的離子注入系統(tǒng)，其中陰極絲電流約為15至80安培。
14.一種將電子引入帶狀離子束的方法，所述方法包括下述步驟 給放電腔內(nèi)的陰極絲通電；偏壓所述陰極、放電腔殼體和陽(yáng)極；以及 通過(guò)細(xì)長(zhǎng)引出縫將電子發(fā)射到所述帶狀離子束中。
15.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述陰極電壓和所述放電腔殼體電壓被偏壓至 低于所述陽(yáng)極電壓的電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述放電腔包含氣體； 其中所述放電腔內(nèi)的壓力約為5X 10_5至1 X ΙΟ"4托；并且 其中所述氣體包括氙和氬。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該方法在湯森放電模式下操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述陰極電流約為40安培；并且 其中所述陰極和放電腔殼體的電壓相對(duì)于周?chē)h(huán)境在-20和20伏特之間； 其中所述陽(yáng)極電壓在30和100伏特之間。
19.一種在離子注入系統(tǒng)中使用帶狀離子束注入工件的方法，所述方法包括下述步驟產(chǎn)生帶狀離子束；對(duì)所述帶狀離子束進(jìn)行質(zhì)量分析；將細(xì)長(zhǎng)電子帶提供給所述帶狀離子束；以及將所述經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀離子束提供給至少一個(gè)工件，以便用來(lái)自所述帶狀離子束的 離子注入所述至少一個(gè)工件。
20.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述提供細(xì)長(zhǎng)電子帶的步驟包括提供等離子體電子流系統(tǒng)，所述等離子體電子流系統(tǒng)包括具有放電腔的殼體，所述放 電腔構(gòu)造為包含氣體，且所述等離子體電子流系統(tǒng)包括位于其中的細(xì)長(zhǎng)引出縫、陰極組件、 陰極絲和多個(gè)陽(yáng)極；并且其中所述細(xì)長(zhǎng)引出縫與所述離子注入系統(tǒng)直接連通；其中所述陰極絲發(fā)射電子，所述電子通過(guò)所述陰極絲和所述多個(gè)陽(yáng)極之間的電勢(shì)差被吸引到所述多個(gè)陽(yáng)極；其中所述細(xì)長(zhǎng)電子帶通過(guò)所述細(xì)長(zhǎng)引出縫被釋放，用于中和在所述離子注入系統(tǒng)內(nèi)行 進(jìn)的所述帶狀離子束。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述陰極電壓和所述放電腔殼體電壓被偏壓至 低于所述陽(yáng)極電壓的電壓； 其中所述放電腔內(nèi)的壓力約為5X 10_5至1 X 10_4托；其中所述氣體包括氙；其中所述系統(tǒng)在湯森放電模式下操作。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述陰極電流約為40安培；并且 其中所述陰極和放電腔殼體被設(shè)定為零伏特；其中所述陽(yáng)極電壓被設(shè)定為100伏特。
23.一種用于使用離子束注入工件的離子注入系統(tǒng)，所述離子注入系統(tǒng)包括 用于產(chǎn)生帶狀離子束的裝置；用于對(duì)所述帶狀離子束進(jìn)行質(zhì)量分析的裝置； 用于將細(xì)長(zhǎng)電子帶提供給所述經(jīng)過(guò)質(zhì)量分析的帶狀離子束的裝置； 用于將所述經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀離子束提供給工件以便用來(lái)自所述帶狀離子束的離子 注入所述工件的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求24所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述用于提供細(xì)長(zhǎng)電子帶的裝置包括提供具有細(xì)長(zhǎng)電子縫的放電腔，該放電腔構(gòu)造為包含位于其中的至少一種氣體、陰極 組件、陰極絲和多個(gè)陽(yáng)極；并且其中所述細(xì)長(zhǎng)引出縫與所述離子注入系統(tǒng)直接連通；其中所述陰極絲發(fā)射電子，所述電子通過(guò)所述陰極絲和所述多個(gè)陽(yáng)極之間的電勢(shì)差被 吸引到所述多個(gè)陽(yáng)極；其中所述陰極電壓和所述放電腔殼體電壓被偏壓至比所述陽(yáng)極電壓低的電壓； 其中所述放電腔內(nèi)的壓力約為5X 10_5至1 X ΙΟ"4托；并且 其中該系統(tǒng)在湯森放電模式下操作。
全文摘要
一種等離子體電子流系統(tǒng)，包括構(gòu)造為包含氣體的殼體，并包括位于其中的細(xì)長(zhǎng)引出縫、陰極和多個(gè)陽(yáng)極，并且其中所述細(xì)長(zhǎng)引出縫與離子注入機(jī)直接連通，所述陰極絲發(fā)射電子，所述電子通過(guò)所述陰極和多個(gè)陽(yáng)極之間的電勢(shì)差被吸引至所述多個(gè)陽(yáng)極，其中所述電子通過(guò)所述細(xì)長(zhǎng)引出縫被釋放，作為電子帶用于中和在離子注入機(jī)內(nèi)行進(jìn)的帶狀離子束。
文檔編號(hào)H01J3/00GK101849275SQ200880115028
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者威廉·狄佛吉利歐, ?！し兜潜?申請(qǐng)人:艾克塞利斯科技公司